VFD upravljanje omogućuje korištenje posebnog pretvarača za fleksibilnu promjenu načina rada elektromotora: pokretanje, zaustavljanje, ubrzavanje, kočenje, promjena brzine vrtnje.
Promjena frekvencije napona napajanja dovodi do promjene kutne brzine magnetskog polja statora. Kada se frekvencija smanji, brzina motora se smanjuje, a klizanje se povećava.
Princip rada pretvarača pogonske frekvencije
Glavni nedostatak asinkronih motora je složenost kontrole brzine na tradicionalne načine: promjenom napona napajanja i uvođenjem dodatnih otpora u krug namota. Savršeniji je frekventni pogon elektromotora. Donedavno su pretvarači bili skupi, ali pojava IGBT tranzistora i mikroprocesorskih upravljačkih sustava omogućila je stranim proizvođačima stvaranje pristupačnih uređaja. Najvišesavršeni su sada statički pretvarači frekvencije.
Ugaona brzina magnetskog polja statora ω0 promjenjuje se proporcionalno frekvenciji ƒ1 prema formuli:
ω0=2π׃1/p, gdje je p broj parova polova.
Metoda omogućuje glatku kontrolu brzine. U tom slučaju, brzina klizanja motora se ne povećava.
Da biste postigli visoke energetske performanse motora - učinkovitost, faktor snage i kapacitet preopterećenja, zajedno s frekvencijom, promijenite napon napajanja prema određenim ovisnostima:
- konstantni moment opterećenja – U1/ ƒ1=const;
- fan karakter momenta opterećenja - U1/ ƒ12=const;
- Okretni moment obrnuto proporcionalan brzini - U1/√ ƒ1=konst.
Ove funkcije su implementirane pomoću pretvarača koji istovremeno mijenja frekvenciju i napon na statoru motora. Električna energija se štedi zahvaljujući regulaciji pomoću potrebnog tehnološkog parametra: tlak pumpe, performanse ventilatora, brzina dovoda stroja, itd. U ovom slučaju, parametri se mijenjaju glatko.
Metode kontrole frekvencije asinkronih i sinkronih elektromotora
U frekventno kontroliranom pogonu baziranom na asinkronim motorima s kaveznim rotorom koriste se dvije metode upravljanja - skalarni i vektorski. U prvom slučaju, oni se istodobno mijenjajuamplituda i frekvencija napona napajanja.
Ovo je neophodno za održavanje performansi motora, najčešće konstantnog omjera njegovog maksimalnog momenta i momenta otpora na osovini. Kao rezultat toga, učinkovitost i faktor snage ostaju nepromijenjeni u cijelom rasponu rotacije.
Vektorska regulacija se sastoji u istovremenoj promjeni amplitude i faze struje na statoru.
Frekvencijski pogon sinkronog tipa motora radi samo pri malim opterećenjima, čijim porastom iznad dopuštenih vrijednosti može doći do prekida sinkronizma.
Prednosti frekventnog pretvarača
Kontrola frekvencije ima čitav niz prednosti u odnosu na druge metode.
- Automatizacija motora i proizvodnih procesa.
- Meki start koji eliminira tipične greške koje se javljaju tijekom ubrzanja motora. Poboljšanje pouzdanosti frekventnog pretvarača i opreme smanjenjem preopterećenja.
- Poboljšajte ukupnu ekonomičnost vožnje i performanse.
- Stvaranje konstantne brzine elektromotora bez obzira na prirodu opterećenja, što je važno tijekom prijelaznih pojava. Korištenje povratne sprege omogućuje održavanje stalne brzine motora pod raznim uznemirujućim utjecajima, posebno pod promjenjivim opterećenjima.
- Pretvarači se lako integriraju u postojeće tehničke sustave bez značajnih izmjena i zaustavljanja tehnoloških procesa. Raspon snage je velik, ali s njihovim povećanjemcijene značajno rastu.
- Mogućnost napuštanja varijatora, mjenjača, gasa i druge upravljačke opreme ili proširenja raspona njihove primjene. To rezultira značajnim uštedama energije.
- Uklanjanje štetnih učinaka prijelaznih pojava na procesnu opremu, kao što su vodeni čekić ili povećani tlak tekućine u cjevovodima uz smanjenje njegove potrošnje noću.
Nedostaci
Kao i svi pretvarači, chastotniki su izvori smetnji. Moraju instalirati filtere.
Cijena marki je visoka. Značajno se povećava s povećanjem snage uređaja.
Prilagodba frekvencije za transport tekućina
U objektima gdje se pumpa voda i druge tekućine, kontrola protoka se uglavnom vrši uz pomoć zasuna i ventila. Trenutačno, obećavajući smjer je korištenje frekventnog pogona pumpe ili ventilatora koji pokreće njihove lopatice.
Upotreba frekventnog pretvarača kao alternative ventilu za gas daje učinak uštede energije do 75%. Ventil, koji zadržava protok tekućine, ne obavlja koristan rad. Istovremeno se povećava gubitak energije i tvari za njezin transport.
Frekvencijski pretvarač omogućuje održavanje konstantnog tlaka kod potrošača kada se protok tekućine mijenja. Od senzora tlaka na pogon se šalje signal koji mijenja brzinu motora i time ga reguliraokretaja, održavajući zadanu brzinu protoka.
Crpne jedinice se kontroliraju promjenom njihove izvedbe. Potrošnja energije crpke je u kubičnoj ovisnosti o izvedbi ili brzini rotacije kotača. Ako se brzina smanji za 2 puta, učinak crpke će pasti za 8 puta. Prisutnost dnevnog rasporeda potrošnje vode omogućuje vam da odredite uštedu energije za ovo razdoblje, ako kontrolirate frekventni pogon. Zbog toga je moguće automatizirati crpnu stanicu i time optimizirati tlak vode u mrežama.
Rad ventilacijskih i klimatizacijskih sustava
Maksimalni protok zraka u ventilacijskim sustavima nije uvijek potreban. Radni uvjeti mogu zahtijevati smanjenje performansi. Tradicionalno, za to se koristi prigušivanje, kada brzina kotača ostaje konstantna. Prikladnije je mijenjati brzinu protoka zraka zbog frekventno kontroliranog pogona, kada se mijenjaju sezonski i klimatski uvjeti, oslobađanje topline, vlage, para i štetnih plinova.
Uštede energije u sustavima ventilacije i klimatizacije postižu se ništa manje nego u crpnim stanicama, budući da je potrošnja energije rotacije osovine u kubičnoj ovisnosti o broju okretaja.
Uređaj za pretvarač frekvencije
Moderni frekventni pretvarač je uređen prema shemi dvostrukog pretvarača. Sastoji se od ispravljača i impulsnog pretvarača s upravljačkim sustavom.
Nakonispravljajući mrežni napon, signal se izglađuje filterom i dovodi do pretvarača sa šest tranzistorskih sklopki, gdje je svaki od njih spojen na statorske namote asinkronog elektromotora. Jedinica pretvara ispravljeni signal u trofazni signal potrebne frekvencije i amplitude. Snažni IGBT-ovi u izlaznim stupnjevima imaju visoku frekvenciju prebacivanja i pružaju oštar kvadratni val bez izobličenja. Zbog svojstava filtriranja namota motora, oblik krivulje struje na njihovom izlazu ostaje sinusoidan.
Metode kontrole amplitude signala
Izlazni napon se regulira na dvije metode:
- Amplituda - promjena vrijednosti napona.
- Pulsna širinska modulacija je metoda pretvaranja impulsnog signala, u kojoj se mijenja njegovo trajanje, ali frekvencija ostaje nepromijenjena. Ovdje snaga ovisi o širini impulsa.
Druga metoda se najčešće koristi u vezi s razvojem mikroprocesorske tehnologije. Moderni pretvarači se izrađuju pomoću GTO ili IGBT tranzistora za isključivanje.
Mogućnost i primjena pretvarača
Frekvencijski pretvarač ima mnogo mogućnosti.
- Regulirajte frekvenciju trofaznog napona napajanja od nule do 400 Hz.
- Ubrzanje ili usporavanje elektromotora od 0,01 sek. do 50 min. prema danom zakonu vremena (obično linearnom). Tijekom ubrzanja moguće je ne samo smanjenje, već i povećanje do 150% dinamičkog i startnog momenta.
- Prebacivanje motora unatrag uz zadane načine kočenja i ubrzanja do željenogbrzina u drugom smjeru.
- Invertori imaju podesivu elektroničku zaštitu od kratkih spojeva, preopterećenja, curenja uzemljenja i otvorenih vodova motora.
- Digitalni zasloni pretvarača prikazuju podatke o njihovim parametrima: frekvencija, napon napajanja, brzina, struja, itd.
- V/f karakteristike se podešavaju u pretvaračima ovisno o tome koja su opterećenja motora potrebna. Funkcije upravljačkih sustava temeljenih na njima osiguravaju ugrađeni kontroleri.
- Za niske frekvencije važno je koristiti vektorsku kontrolu, koja vam omogućuje rad s punim zakretnim momentom motora, održavanje konstantne brzine pri promjeni opterećenja i kontrolu zakretnog momenta na osovini. Pogon s promjenjivom frekvencijom radi dobro s ispravnim unosom podataka o putovnici motora i nakon uspješnog testiranja. Poznati proizvodi iz HYUNDAI, Sanyu, itd.
Područja primjene pretvarača su sljedeća:
- pumpe u sustavima opskrbe toplom i hladnom vodom i toplinom;
- pumpe za gnojnicu, pijesak i gnojnicu koncentratora;
- transportni sustavi: transporteri, valjkasti stolovi i druga sredstva;
- mješalice, mlinovi, drobilice, ekstruderi, dozatori, hranilice;
- centrifuge;
- liftovi;
- metalurška oprema;
- oprema za bušenje;
- električni pogoni alatnih strojeva;
- oprema za bagere i dizalice, manipulatorski mehanizmi.
Proizvođači pretvarača frekvencije, recenzije
Domaći proizvođač već je počeo proizvoditi proizvode koji su kvalitetno i cjenovno prikladni za korisnike. Prednost je mogućnost brzog dobivanja pravog uređaja, kao i detaljni savjeti o postavljanju.
Tvrtka "Učinkoviti sustavi" proizvodi serijske proizvode i pilot serije opreme. Proizvodi se koriste za domaću upotrebu, u malim poduzećima i u industriji. Proizvođač Vesper proizvodi sedam serija pretvarača, među kojima su i multifunkcionalni pretvarači prikladni za većinu industrijskih mehanizama.
Danska tvrtka Danfoss lider je u proizvodnji častotnikova. Njegovi proizvodi se koriste u sustavima ventilacije, klimatizacije, vodoopskrbe i grijanja. Finska tvrtka Vacon, koja je dio danske tvrtke, proizvodi modularne dizajne iz kojih možete sastaviti potrebne uređaje bez nepotrebnih dijelova, čime se štedi na komponentama. Poznati su i pretvarači međunarodnog koncerna ABB, koji se koriste u industriji i svakodnevnom životu.
Sudeći prema recenzijama, jeftini domaći pretvarači mogu se koristiti za rješavanje jednostavnih tipičnih problema, dok je za složene potrebna marka s puno više postavki.
Zaključak
Frekvencijski pretvarač upravlja elektromotorom mijenjajući frekvenciju i amplitudu napona napajanja, štiteći ga od kvarova: preopterećenja, kratkih spojeva, prekida u opskrbnoj mreži. Takvi električni aktuatori obavljaju tri glavne funkcije,vezano za ubrzanje, usporavanje i brzinu motora. To poboljšava učinkovitost opreme u mnogim područjima tehnologije.
